Rod cutting 動態規劃

2021-09-24 05:45:31 字數 3525 閱讀 6675

utf8gbsn

先來看看問題,加入我們有乙個**表

length(i)     1   2   3   4   5    6    7    8    9    10
price(p

ip_i

pi​) 1 5 8 9 10 17 17 20 24 30

那麼,我們現在有一根剛才長度為n

nn,你是乙個加工商,需要把長度為n

nn的剛才切割為(1,

2,..

.,10)

(1,2,...,10)

(1,2,.

..,1

0)長度賣出去。問怎麼才能賣出最高的**。

我們先來看看乙個遞迴解法。也就是把問題分治,

當乙個剛才被切割為2部分的時候。我們可以分別計算這兩部分的最大收益,然後得出這種分法的最大收益。遞迴而來,最終可以得到最終的收益。

cut-rod(p, n)

if n == 0

return 0

q = - infinity

for i = 1 to n

q = max(q, p[i]+cut-rod(p, n-i))

return q

因為是乙個遞迴演算法我們用呼叫的次數來衡量演算法的複雜度。那麼首先,我們先來看看

這個可以用歸納法求出來,也就是說

t (n

−1)=

2n−1

,t(0

)=1,

t(1)

=2→t

(n)=

2n

t(n-1)=2^,t(0)=1,t(1)=2\rightarrow t(n) = 2^n

t(n−1)

=2n−

1,t(

0)=1

,t(1

)=2→

t(n)

=2n2n=

1+2n

−1+2

n−2+

...+

23+2

2+21

+1

2^n=1+2^+2^+...+2^3+2^2+2^1+1

2n=1+2

n−1+

2n−2

+...

+23+

22+2

1+1所以,呼叫是指數級別的的增長。比如當n=40

n=40

n=40

時,程式就需要執行數分鐘之久。所以,遞迴解法不是乙個可取的演算法。

我們仔細來分析一下,問題。對於上面提到的遞迴演算法,實際上重複計算了很多東西。比如,當n=5

n=5n=

5的時候。

第一次迴圈中

( 1,

cut−

rod(

p,4)

),(2

,cut

−rod

(p,3

)),(

3,cu

t−ro

d(p,

2)),

...,

(5,c

ut−r

od(p

,0))

(1, cut-rod(p, 4)),(2, cut-rod(p, 3)),(3, cut-rod(p, 2)),...,(5, cut-rod(p, 0))

(1,cut

−rod

(p,4

)),(

2,cu

t−ro

d(p,

3)),

(3,c

ut−r

od(p

,2))

,...

,(5,

cut−

rod(

p,0)

)把(1,c

ut−r

od(p

,4))

(1, cut-rod(p, 4))

(1,cut

−rod

(p,4

))展開(1,

cut−

rod(

p,3)

),(2

,cut

−rod

(p,2

)),.

..,(

4,cu

t−ro

d(p,

0)

)(1, cut-rod(p, 3)),(2, cut-rod(p, 2)),...,(4, cut-rod(p, 0))

(1,cut

−rod

(p,3

)),(

2,cu

t−ro

d(p,

2)),

...,

(4,c

ut−r

od(p

,0))

可以看到,第一步中第二項和第二步中的第一項的

cut-rod是一模一樣的。但是因為是遞迴。實際上我們對這個函式計算了兩次。而動態規劃的核心就是如何把已經計算的東西快取起來,讓計算更高效。

自頂向下的方法。

cut-rod(p, n)

let r[0..n] be a new array

for i = 0 to n

r[i] = - infinity

return cut-rod-aux(p, n, r)

這裡引入了乙個輔助函式

cut-rod-aux(p, n, r)

if r[n] > = 0

return r[n]

if n == 0

q = 0

else q = - infinity

for i = 1 to n

q = max(q, p[i] + cut-rod-aux(p, n-i, r))

r[n] = q

return q

更為簡單 cut-rod(p, n)

let r[0..n] be a new array

r[0] = 0

for j = 1 to n

q = - infinity

for i = 1 to j

q = max(q, p[i]+r[j-1])

r[j] = q

return r[n]

由於我們使用了兩層迴圈所以複雜度為 θ(n

2)

\theta(n^2)

θ(n2

)ex-cut-rod(p, n)

let r[0..n] and s[0..n] be new arrays

r[0] = 0

for j = 1 to n

q = - infinity

for i = 1 to j

if qprint-cut-rod(p,n)

(r,s) = ex-cut-rod(p, n)

while n > 0

print s[n]

n = n - s[n]

至此,動態規劃解決鋼管切割問題,就完成了。

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